EP3956636B1 - Verfahren und vorrichtung zum berechnen eines energieverbrauchs eines kraftfahrzeugs auf einer fahrtroute - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum berechnen eines energieverbrauchs eines kraftfahrzeugs auf einer fahrtroute Download PDF

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EP3956636B1
EP3956636B1 EP20712525.3A EP20712525A EP3956636B1 EP 3956636 B1 EP3956636 B1 EP 3956636B1 EP 20712525 A EP20712525 A EP 20712525A EP 3956636 B1 EP3956636 B1 EP 3956636B1
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EP
European Patent Office
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vehicle
determined
wind
speed
energy consumption
Prior art date
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Active
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EP20712525.3A
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English (en)
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EP3956636A1 (de
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Christian ASCHE
Wjatscheslaw KRIEGER
Jannis Felix GREGOR
Oliver Kopp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/34—Route searching; Route guidance
    • G01C21/3453—Special cost functions, i.e. other than distance or default speed limit of road segments
    • G01C21/3469—Fuel consumption; Energy use; Emission aspects

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for calculating an energy consumption of a motor vehicle on a route.
  • a vehicle and a server are known with which an energy consumption and a range of a vehicle can be estimated on the basis of collected energy consumption data of a route.
  • a method for determining energy expenditure information for a journey of a land vehicle which has a step of determining a force effect of a wind with respect to the land vehicle based on navigation information and wind information, the navigation information being a position and/or an alignment and/or a driving speed of the land vehicle and the wind information represents a location- and/or time-dependent, meteorologically-related wind speed and/or a location- and/or time-dependent, meteorologically-related wind direction. Furthermore, the method includes a step of determining the energy expenditure information based on the determined force effect.
  • a method and a device for predicting or estimating the fuel or energy consumption of a vehicle over a selected travel route are known, the route comprising a large number of road sections.
  • the fuel consumption for each road segment is estimated using information about one or more of the following variables: representative elevation of the road segment; representative gradient of the road segment; estimated average vehicle speed along the road segment; length of road section; condition of road section; condition of vehicle tires; expected traffic density along the road section; applicable vehicle operation restrictions along the road segment; expected ambient weather conditions along the stretch of road; vehicle accessories used; and vehicle driver profile information.
  • Weather conditions en route such as local wind speed and direction, can be measured and used to improve the accuracy of the predicted fuel consumption.
  • the fuel consumption can be estimated initially, re-estimated en route using the actual fuel consumption for the section already traveled, and estimated for a return trip on the same route.
  • Fuel consumption can be estimated if the route is not initially specified.
  • the fuel consumed may be electric charge, gasoline, kerosene, natural gas, diesel fuel, or a similar fuel.
  • the devices and systems for managing vehicle energy usage typically include energy management logic that can calculate an applied power to the vehicle engine based on information provided by the vehicle's external environment, the vehicle's operational status, one or more command inputs from a driver and one or more operating parameters of the vehicle.
  • a driving strategy is selected as a function of a wind that is predicted to act on the motor vehicle during an impending journey.
  • the invention is based on the object of creating a method and a device for calculating an energy consumption of a motor vehicle on a route, in which an energy consumption can be calculated in an improved manner.
  • the method and the device make it possible to calculate an energy consumption of the motor vehicle in an improved manner, since both a wind speed and a wind direction are taken into account in the calculation. Effects that affect energy consumption, such as a headwind attacking the motor vehicle, can therefore be included in the calculation.
  • a range prognosis is to be made on the basis of the consumption signal provided, this range prognosis can improve the energy consumption to be expected, ie estimate or map it more realistically.
  • the motor vehicle is in particular an electrically powered motor vehicle that has a battery for storing electrical energy.
  • the electrically driven or battery-operated motor vehicle is in particular an electric vehicle, but can also be a hybrid vehicle.
  • the method and the device can also be used for a motor vehicle powered by an internal combustion engine.
  • a route is in particular a planned route.
  • the route is determined or selected, for example, by specifying a starting position, for example a current position of the motor vehicle, optionally further intermediate destinations and a target position, which are specified for example by a driver of the motor vehicle.
  • Individual positions or route sections of the route are in particular with (future) Linked times at which the motor vehicle will reach the respective position.
  • the route includes, in particular, values for vehicle speeds and/or average speeds and/or information about gradients for the individual positions and/or route sections. Alternatively, vehicle speeds and/or average speeds and/or gradients for individual positions and/or route sections of the route can also be estimated.
  • a route section includes at least a subset of positions of a route.
  • a route can consist of several route sections.
  • the vehicle speed is determined in particular on the basis of at least one expected speed of the motor vehicle on the route. This can be determined, for example, on the basis of a map using the determination device, for example by querying a vehicle speed associated with a position on the map. The queries are made, for example, in a navigation device.
  • the vehicle direction is determined in particular on the basis of at least one expected direction in which the motor vehicle will travel on the travel route (travel direction).
  • This direction can be determined, for example, on the basis of a map using the determination device, for example by querying a vehicle direction linked to a position on the map. The queries are made, for example, in a navigation device.
  • the vehicle direction is a main course, which is designed in such a way that it connects the start and target position as the crow flies.
  • the at least one vehicle speed and the at least one vehicle direction are determined in pairs, ie linked to one another, for example in the form of a vector formed from the vehicle speed and the vehicle direction.
  • the at least one wind direction and the at least one wind speed are determined in particular on the basis of current and/or predicted environment and/or weather data, which are queried for the route by the determination device from a weather service, for example.
  • the wind direction can be oriented in any way to the motor vehicle or to a vehicle direction. In particular, however, the proportions of the wind that are considered headwind (against the direction of travel of the motor vehicle) or tailwind (in the direction of the vehicle) are considered Direction of travel of the motor vehicle) are formed.
  • the surroundings and/or weather data include an average wind direction and an average wind speed for the route.
  • the wind direction and the wind speed are in particular determined in pairs, ie linked to one another, for example in the form of a vector formed from the wind direction and the wind speed.
  • Parts of the device in particular the determination device and the calculation device, can be designed individually or combined as a combination of hardware and software, for example as program code that is executed on a microcontroller or microprocessor.
  • the device can be embodied in a motor vehicle, for example as part of an on-board computer and/or a navigation device.
  • parts of the device are designed in a smartphone, a web portal or a server.
  • the method can be carried out on a smartphone, supported by the server, this being supported by a corresponding user interface (e.g. app).
  • a more detailed and therefore more realistic image of current or predicted wind directions and wind speeds can be taken into account, so that a calculation for the energy consumption better maps an energy consumption that actually occurs on the route.
  • the division into route sections takes place depending on an available local resolution of data on wind directions and/or wind speeds.
  • the computing power required for the calculation can be minimized or optimized with regard to an existing resolution.
  • the planned route is then divided into route sections, each route section corresponding to an available value for the wind direction and wind speed.
  • the calculation is based on a consumption table provided, in particular individually, for the motor vehicle, energy consumption of the motor vehicle being stored in the consumption table as a function of at least one vehicle speed and an incline.
  • the consumption table is compiled on the basis of consumption data collected for various combinations of incline and vehicle speed.
  • a separate consumption table must be provided for each vehicle type due to the different properties of the motor vehicle (e.g. different drag coefficient, different motorization, different vehicle mass, etc.).
  • a consumption table is additionally created depending on the driver. This can be done, for example, by teaching the consumption table. For this purpose, for example, consumption data as well as a vehicle speed and an incline are recorded for shorter sections of the route, averaged over several similar sections of route and stored in the consumption table. In particular, different driving styles of drivers can be better taken into account as a result.
  • the consumption table is divided or sorted according to speed classes and/or incline classes. This enables an averaging over the values in the consumption table. For example, it can be provided that an energy consumption for speed classes with a class width of 10 or 20 km/h is stored in the consumption table. For example, inclines and declines can be divided into classes with class widths of one percent increase/decrease.
  • the calculation is based on at least one effective inflow speed, the at least one effective inflow speed being calculated on the basis of the determined at least one vehicle speed, the determined at least one vehicle direction, the determined at least one wind direction and the determined at least one wind speed .
  • the effective inflow velocity is calculated by vector addition.
  • the determined vehicle speed, the determined vehicle direction, the determined wind direction and the determined wind speed are each displayed as vectors.
  • a vector is formed from the determined vehicle speed and the determined vehicle direction.
  • a vector is also formed from the determined wind direction and the determined wind speed.
  • a The vehicle speed vector formed in this way and a wind speed vector formed in this way are then summed within the framework of a vector addition.
  • the effective inflow speed is obtained by projecting the sum vector from the vehicle speed vector and the wind speed vector onto the vehicle direction.
  • the effective inflow velocity is obtained by projecting the sum vector from the vehicle speed vector and the wind speed vector onto the vehicle direction.
  • the effective inflow speed is used when determining the energy consumption from the consumption table.
  • a consumption is learned on the basis of the calculated effective inflow speed, in that a real consumption is recorded and/or calculated and then compared, in particular merged, with the values stored in the consumption table.
  • the at least one wind speed determined is adjusted on the basis of local environmental conditions before the calculation.
  • wind speeds and wind directions provided by a weather service can be adapted to local environmental conditions.
  • a local environmental condition can be, for example, vegetation and/or buildings in the area surrounding the motor vehicle on the planned route. Such vegetation can be, for example, a bush, a hedge or a tree.
  • a building can be a wall, a house or a noise barrier, for example.
  • the at least one wind speed determined is adjusted in particular by reducing the at least one wind speed determined by a specific factor. This factor can be determined, for example, on the basis of simulations and/or empirical tests.
  • At least part of the consumption table for the motor vehicle is estimated by extrapolation on the basis of existing consumption data becomes.
  • Such an estimate is made, for example, for combinations of vehicle speeds and gradients, which usually entail boundary value problems that cannot be learned (eg in cases in which an effective inflow speed is greater than a maximum speed of the vehicle).
  • a charging stop planning strategy for a battery of the motor vehicle is determined on the basis of the calculated energy consumption.
  • the charging stop planning strategy for the battery of the motor vehicle is determined taking into account a state of charge of the battery and available charging stations on the route of the motor vehicle. If, for example, the energy consumption of the motor vehicle is increased due to a headwind, an additional charging stop can be provided.
  • the determination takes place in particular by estimating a range based on the calculated energy consumption and the state of charge of the battery.
  • a further embodiment provides that the energy consumption is calculated and/or the consumption signal is output taking into account a damping factor.
  • a damping factor prevents a sudden change in energy consumption.
  • the damping factor is or will be selected in such a way that a change in a calculated energy consumption appears understandable to a driver of the motor vehicle at any time.
  • a charging stop planning strategy changes suddenly due to a short-term increase in energy consumption, for example because there is an increased headwind in certain sections of the route, although an overall situation - viewed over the entire route - has not changed significantly.
  • the damping factor is in the form of a filter coefficient, for example, which indicates to what extent an energy consumption determined at an earlier point in time is taken into account when calculating a current value for the energy consumption. Thereby, a sudden change and an oscillation of the power consumption can be prevented.
  • In 1 1 shows a schematic representation of an embodiment of the device 1 for calculating an energy consumption 20 of an in particular battery-powered motor vehicle 50 on a route.
  • the device 1 is embodied in a motor vehicle 50, for example.
  • the device 1 comprises a determination device 2, a calculation device 3 and an output device 4.
  • Parts of the device 1, in particular the determination device 2 and the calculation device 3, but also the output device 4, can be configured individually or combined as a combination of hardware and software. for example as program code that is executed on a microcontroller or microprocessor.
  • a travel route 10 is supplied to the determination device 2 on the input side.
  • the route 10 can be provided by a navigation device, for example, or specified by a driver.
  • the determination device 2 determines vehicle speeds 11 on the route 10, vehicle directions 12 on the route or the individual route segments 10 and at least one wind direction 13 and at least one wind speed 14 on the route as the main wind direction or as the wind direction determined in sections on the route segments.
  • Vehicle speeds 11 are determined, for example, on the basis of a road map 30 provided by the navigation device, on which maximum speeds and/or average speeds are stored for individual positions or route sections of route 10, which are queried by determination device 2.
  • the vehicle direction 12 can also be determined on the basis of the provided road map 30 by determining or querying a vehicle direction or orientation for each position or for one of the route sections on the basis of the linked route sections, a starting position, a destination position and a route .
  • the vehicle speeds 11 and the vehicle directions 12 are in particular determined in pairs, ie linked to one another, for example in the form of a vector formed from the vehicle speed 11 and the vehicle direction 12 in each case. It is then known for each position on the travel route 10 or each route section in which (vehicle) direction the motor vehicle 50 is traveling at which vehicle speed 11 .
  • the wind directions 13 and the wind speeds 14 can be queried by a weather service 31 for example for individual positions on the route or for route sections on the route. This can be done, for example, via a communication interface (not shown) designed accordingly for this purpose.
  • the determination device 2 can query the respective wind directions 13 and the respective wind speeds 14 for the route 10 or the associated positions or individual route sections from the weather service 31 on the basis of the route 10 or associated positions or route sections.
  • the wind directions 13 and the wind speeds 14 are determined in particular in pairs, ie linked to one another, for example in the form of a vector formed from the wind direction 13 and the wind speed 14 .
  • the values for the ascertained vehicle speeds 11, the ascertained vehicle directions 12, the ascertained wind directions 13 and the ascertained wind speeds 14 are supplied to the calculation device 3 by position or route section.
  • the calculation device 3 calculates an energy consumption 20 based on the determined vehicle speeds 11, the determined vehicle directions 12, the determined wind directions 13 and the determined wind speeds 14. In the simplest case, this calculation is carried out once for the entire route 10, where the respective values for the determined vehicle speed 11, the determined vehicle direction 12, the determined wind direction 13 and the determined wind speed 14 are used in each case over the individual route segments of the entire route 10.
  • the calculation device 3 calculates an energy consumption section by section for each route section on the travel route 10 and then adds up the individual values to form a total energy consumption 20 .
  • the output device 4 outputs the calculated energy consumption 20 as a consumption signal 23 or makes this available.
  • the consumption signal 23 can in particular be output or provided in the form of a digital data packet.
  • the consumption table 15 is divided or sorted according to speed classes and/or incline classes.
  • a schematic representation of the vectorial calculation of the effective face velocity 40 is in 2 shown.
  • the local environmental conditions 17 can be queried from the road map 30, for example, and can include buildings and/or vegetation, for example.
  • a wind speed 14 can be adjusted, in particular reduced, for certain positions or route sections.
  • At least part of the consumption table 15 for the motor vehicle 50 is estimated on the basis of existing consumption data by extrapolation.
  • a charging stop planning strategy 21 for a battery of the motor vehicle 50 is determined on the basis of the calculated energy consumption 20 . This is done in particular by estimating a range of the motor vehicle on the basis of estimated energy consumption 20 and a current and/or future state of charge of the battery of motor vehicle 50 and a subsequent comparison with positions on the route in the vicinity of which there is a charging station. Depending on the specifications in relation to a minimum charge of the battery, charging stations are then selected that can be used to charge the battery.
  • the charging stop planning strategy 21 is compiled on the basis of this selection.
  • the charging stop planning strategy 21 can, for example, be compiled by the calculation device 3 and output by the output device 4 as a charging strategy signal 24 .
  • the charging strategy signal 24 can be output in the form of a digital data packet, for example, which includes individual positions of charging stations at which a charging stop is recommended on the route 10 .
  • Damping factor 18 is designed, for example, as a filter coefficient that indicates how much energy consumption 20 determined at an earlier point in time is taken into account when calculating a current value for energy consumption 20 . A sudden change and an oscillation in the energy consumption 20 or in the energy consumption signal 23 can be prevented as a result.
  • FIG. 2 a schematic representation is shown to clarify the vectorial calculation of an effective inflow speed 40 .
  • a motor vehicle 50 is considered which is moving forward at a specific point in time on the travel route in the face of a headwind. Provision can be made for this point in time to correspond to a single position on the route. However, it can also be provided that this point in time is an average point in time that is linked to an average position for a route section or an entire route.
  • a relative wind speed vector 41 is considered, which is determined via a determined vehicle speed and a determined vehicle direction, which is in the opposite direction to relative wind speed vector 41, with the direction of relative wind speed vector 41 being determined from the determined vehicle direction and the length (an absolute value) of relative wind speed vector 41 being determined from Vehicle speed is determined.
  • a wind speed vector 42 is also considered, which is determined via a determined wind direction and a determined wind speed, with a direction of the wind speed vector 42 being determined from the determined wind direction and a length (an amount) of the wind speed vector 42 being determined using the determined wind speed.
  • the determined relative wind speed vector 41 and the determined wind speed vector 42 are added together to form a total wind speed vector 43 by means of vector addition. From the overall wind speed vector 43, only the component that runs parallel to the direction of travel is then considered. The amount of this component then forms the effective flow velocity 40.
  • In 3 1 shows a schematic flowchart of an embodiment of the method implemented in a motor vehicle for calculating an energy consumption of a battery-powered motor vehicle on a route.
  • the device 1 for carrying out the method comprises, implemented in an integrated form as modules 61, 62, 63, a determination device 2, a calculation device 3 and an output device 4.
  • the individual modules 61, 62, 63 are, for example, individually or combined as a combination of Hardware and software formed, for example as program code that runs on a microcontroller or microprocessor.
  • a navigation device 60 asks a consumption module 61 for energy consumption and a range.
  • the consumption module 61 queries a wind module 62 for an energy consumption, taking into account at least one determined wind direction and at least one determined wind speed.
  • the wind module 62 determines one or more vehicle speed(s) and one or more vehicle direction(s). For this purpose, in method step 102, the wind module 62 is provided by the navigation device 60 with a number of positions along the route as well as the respective associated vehicle speeds and vehicle directions. In order to determine wind speeds and wind directions, the wind module 62 queries these for the respective positions in a weather module 63 in a method step 103 .
  • the weather module 63 queries the wind speeds and the wind directions in a method step 104 from a weather service 31 .
  • a method step 105 the weather module 63 provides the wind module 62 with the data requested for the individual positions and possibly processed.
  • Wind module 62 calculates an effective inflow velocity from the vehicle speeds determined for the respective positions on the route, the vehicle directions determined, the wind directions determined and the wind speeds determined and transmits this to consumption module 61 in a method step 106.
  • the consumption module 61 calculates an energy consumption on the basis of the effective inflow speeds and a range on the basis of the calculated energy consumption and a battery state of charge of a battery of the motor vehicle.
  • the calculated energy consumption is transferred as an energy consumption signal to the navigation device 60, which determines and proposes, for example, a charging stop planning strategy for the battery-operated motor vehicle on the basis of the energy consumption or the energy consumption signal.
  • the device 1 for carrying out the method comprises, implemented in an integrated form as modules 62, 63, 64, a determination device 2, a calculation device 3 and an output device 4.
  • the individual modules 62, 63, 64 are, for example, individually or combined as a combination of Hardware and software formed, for example as program code that runs on a microcontroller or microprocessor.
  • the device 1 is designed, for example, as a central server that provides a range calculation service.
  • a route planning app is installed on a smartphone or web portal 70, for example.
  • the smartphone 70 or the app transfers a route to a consumption service module 64 and requests an energy consumption and a range from the consumption service module 64 .
  • a navigation service provider 32 To determine the consumption service module 64 in a method step 201 from a navigation service provider 32 from data on the route, in particular vehicle speeds, gradients and a journey time for individual route sections of the route. This route data is transferred to the consumption service module 64 .
  • the consumption service module 64 queries a wind module 62 for energy consumption, taking into account at least one determined wind direction and at least one determined wind speed. For this purpose, the route and the data on the route are transmitted to the wind module 62 .
  • a weather module 63 which serves as an interface to a weather service 31, is used in a method step 203 to query the weather service 31 for wind speeds and wind directions for the individual route sections on the route and make them available to the wind module 62.
  • wind module 62 calculates an effective flow velocity and transmits the effective flow velocity to consumption service module 64 in a method step 204.
  • the consumption service module 64 calculates an energy consumption of the battery-operated vehicle on the travel route and a range of the motor vehicle based on the effective flow velocities. In order to calculate the range, the consumption service module 64 can query a battery state of charge, for example in the case of a battery control of the motor vehicle.
  • the consumption service module 64 transmits the calculated energy consumption and the calculated range for the battery-operated motor vehicle back to the smartphone or web portal 70, where the calculated energy consumption is output, for example, on a display device.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Berechnen eines Energieverbrauchs eines Kraftfahrzeugs auf einer Fahrtroute.
  • Es ist bekannt, bei brennkraftgetriebenen und elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen eine Reichweitenprognose auf Grundlage eines vergangenen und/oder aktuellen Energieverbrauchs des Kraftfahrzeugs abzuschätzen.
  • Aus der US 2014/0214267 A1 sind ein Verfahren, ein Fahrzeug und ein Server bekannt, mit denen ein Energieverbrauch und eine Reichweite eines Fahrzeugs auf Grundlage von gesammelten Energieverbrauchsdaten einer Fahrtroute geschätzt werden kann.
  • Aus der DE 10 2010 039 596 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln einer Energieaufwandsinformation für eine Fahrt eines Landfahrzeugs bekannt, das einen Schritt des Bestimmens einer Kraftwirkung eines Windes bezüglich des Landfahrzeugs basierend auf einer Navigationsinformation und einer Windinformation aufweist, wobei die Navigationsinformation eine Position und/oder eine Ausrichtung und/oder eine Fahrgeschwindigkeit des Landfahrzeugs repräsentiert und die Windinformation eine orts- und/oder zeitabhängige meteorologisch bedingte Windgeschwindigkeit und/oder eine orts- und/oder zeitabhängige meteorologisch bedingte Windrichtung repräsentiert. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ermittelns der Energieaufwandsinformation basierend auf der bestimmten Kraftwirkung.
  • Aus der US 5 913 917 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorhersage oder Schätzung des Kraftstoff- oder Energieverbrauchs eines Fahrzeugs über eine gewählte Fahrtroute bekannt, wobei die Route eine Vielzahl von Straßenabschnitten umfasst. Der Kraftstoffverbrauch für jeden Straßenabschnitt wird unter Verwendung von Informationen über eine oder mehrere der folgenden Variablen geschätzt: repräsentative Höhe des Straßenabschnitts; repräsentative Steigung des Straßenabschnitts; geschätzte durchschnittliche Fahrzeuggeschwindigkeit entlang des Straßenabschnitts; Länge des Straßenabschnitts; Zustand des Straßenabschnitts; Zustand der Fahrzeugreifen; erwartete Verkehrsdichte entlang des Straßenabschnitts; anwendbare Beschränkungen für den Fahrzeugbetrieb entlang des Straßenabschnitts; erwartete Umgebungswetterbedingungen entlang des Straßenabschnitts; Fahrzeugzubehör, das verwendet wird; und Fahrzeugfahrerprofilinformationen. Wetterbedingungen unterwegs, wie etwa lokale Windgeschwindigkeit und -richtung, können gemessen und verwendet werden, um die Genauigkeit des vorhergesagten Kraftstoffverbrauchs zu verbessern. Der Kraftstoffverbrauch kann zunächst geschätzt werden, kann unterwegs unter Verwendung des tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs für den bereits zurückgelegten Streckenabschnitt neu geschätzt werden und kann für eine Rückfahrt auf derselben Strecke geschätzt werden.
  • Der Kraftstoffverbrauch kann geschätzt werden, wenn die Route ursprünglich nicht angegeben ist. Der verbrauchte Kraftstoff kann elektrische Ladung, Benzin, Kerosin, Erdgas, Dieselkraftstoff oder ein ähnlicher Kraftstoff sein.
  • Aus der US 2007/0112475 A1 sind Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zum Verwalten des Stromverbrauchs eines Kraftfahrzeugs und dadurch zum Optimieren des Stromverbrauchs des Fahrzeugs bekannt. Die Vorrichtungen und Systeme zum Verwalten des Energieverbrauchs des Fahrzeugs umfassen typischerweise eine Energieverwaltungslogik, die eine angelegte Leistung für den Fahrzeugmotor basierend auf Informationen berechnen kann, die von der externen Umgebung des Fahrzeugs bereitgestellt werden, dem Betriebsstatus des Fahrzeugs, einem oder mehreren Befehleingaben von einem Fahrer und einen oder mehrere Betriebsparameter des Fahrzeugs.
  • Aus der DE 10 2016 223 299 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs bekannt. Dabei wird eine Fahrstrategie in Abhängigkeit eines während einer bevorstehenden Fahrt auf das Kraftfahrzeug einwirkend prädizierten Windes gewählt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Berechnen eines Energieverbrauchs eines Kraftfahrzeugs auf einer Fahrtroute zu schaffen, bei denen ein Energieverbrauch verbessert berechnet werden kann.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen es, einen Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs verbessert zu berechnen, da sowohl eine Windgeschwindigkeit als auch eine Windrichtung beim Berechnen berücksichtigt werden. Effekte, die sich auf den Energieverbrauch auswirken, wie beispielsweise ein am Kraftfahrzeug angreifender Gegenwind, können daher mit in die Berechnung einfließen. Insbesondere wenn auf Grundlage des bereitgestellten Verbrauchssignals eine Reichweitenprognose erfolgen soll, kann diese Reichweitenprognose den zu erwartenden Energieverbrauch verbessert, das heißt realitätsnäher, schätzen bzw. abbilden.
  • Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, das eine Batterie zum Speichern elektrischer Energie aufweist. Das elektrisch angetriebene bzw. batteriebetriebene Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Elektrofahrzeug, kann jedoch auch ein Hybridfahrzeug sein. Prinzipiell können das Verfahren und die Vorrichtung jedoch auch für ein brennkraftgetriebenes Kraftfahrzeug verwendet werden.
  • Eine Fahrtroute ist insbesondere eine geplante Fahrtroute. Die Fahrtroute wird beispielsweise durch Vorgabe einer Startposition, beispielsweise einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs, gegebenenfalls weiteren Zwischenzielen und einer Zielposition, welche beispielsweise von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs vorgegeben werden, bestimmt oder ausgewählt. Einzelne Positionen oder Routenabschnitte der Fahrtroute sind insbesondere mit (zukünftigen) Zeitpunkten verknüpft, zu denen das Kraftfahrzeug die jeweilige Position erreichen wird. Ferner umfasst die Fahrtroute insbesondere auch Werte zu Fahrzeuggeschwindigkeiten und/oder Durchschnittsgeschwindigkeiten und/oder Angaben zu Steigungen für die einzelnen Positionen und/oder Routenabschnitte. Alternativ können Fahrzeuggeschwindigkeiten und/oder Durchschnittsgeschwindigkeiten und/oder Steigungen für einzelne Positionen und/oder Routenabschnitte der Fahrtroute auch geschätzt werden.
  • Ein Routenabschnitt umfasst zumindest eine Teilmenge von Positionen einer Fahrtroute. Eine Fahrtroute kann sich aus mehreren Routenabschnitten zusammensetzen.
  • Das Ermitteln der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt insbesondere auf Grundlage mindestens einer zu erwartenden Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf der Fahrtroute. Diese kann beispielsweise auf Grundlage einer Karte mittels der Ermittlungseinrichtung ermittelt werden, beispielsweise durch Abfragen einer mit einer Position in der Karte verknüpften Fahrzeuggeschwindigkeit. Das Abfragen erfolgt beispielswiese bei einer Navigationseinrichtung.
  • Das Ermitteln der Fahrzeugrichtung erfolgt insbesondere auf Grundlage mindestens einer zu erwartenden Richtung, in die das Kraftfahrzeug auf der Fahrtroute fahren wird (Fahrtrichtung). Diese Richtung kann beispielsweise auf Grundlage einer Karte mittels der Ermittlungseinrichtung ermittelt werden, beispielsweise durch Abfragen einer mit einer Position in der Karte verknüpften Fahrzeugrichtung. Das Abfragen erfolgt beispielswiese bei einer Navigationseinrichtung. Im einfachsten Fall ist die Fahrzeugrichtung ein Hauptkurs, welcher derart gestaltet ist, dass er Start- und Zielposition in Luftlinie verbindet.
  • Die mindestens eine Fahrzeuggeschwindigkeit und die mindestens eine Fahrzeugrichtung werden insbesondere paarweise, das heißt miteinander verknüpft, ermittelt, beispielsweise in Form eines aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrzeugrichtung gebildeten Vektors.
  • Das Ermitteln der mindestens einen Windrichtung und der mindestens einen Windgeschwindigkeit erfolgt insbesondere auf Grundlage von aktuellen und/oder vorhergesagten Umfeld- und/oder Wetterdaten, die beispielsweise mittels der Ermittlungseinrichtung bei einem Wetterdienst für die Fahrtroute abgefragt werden. Die Windrichtung kann hierbei beliebig zum Kraftfahrzeug bzw. zu einer Fahrzeugrichtung orientiert sein. Insbesondere werden jedoch die Anteile des Windes betrachtet, die als Gegenwind (entgegen der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs) oder als Rückenwind (in Richtung der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs) ausgebildet sind. Die Umfeld- und/oder Wetterdaten umfassen im einfachsten Fall eine gemittelte Windrichtung und eine gemittelte Windgeschwindigkeit für die Fahrtroute. Die Windrichtung und die Windgeschwindigkeit werden insbesondere paarweise, das heißt miteinander verknüpft, ermittelt, beispielsweise in Form eines aus der Windrichtung und der Windgeschwindigkeit gebildeten Vektors.
  • Teile der Vorrichtung, insbesondere die Ermittlungseinrichtung und die Berechnungseinrichtung, können einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet ist, beispielsweise als Teil eines Bordcomputers und/oder einer Navigationseinrichtung. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass Teile der Vorrichtung in einem Smartphone, einem Webportal oder einem Server ausgebildet sind. Insbesondere kann das Verfahren auf einem Smartphone, unterstützt durch den Server, ausgeführt werden, wobei dies durch eine entsprechende Benutzerschnittstelle (z.B. App) unterstützt wird.
  • Es ist vorgesehen, dass die mindestens eine Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die mindestens eine Fahrzeugrichtung und/oder die mindestens eine Windrichtung und/oder die mindestens eine Windgeschwindigkeit für einzelne Routenabschnitte der Fahrtroute separat ermittelt und berücksichtigt werden. Hierdurch kann ein detaillierteres und daher realitätsnäheres Abbild von aktuellen bzw. vorhergesagten Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten berücksichtigt werden, sodass eine Berechnung für den Energieverbrauch einen tatsächlich auf der Fahrtroute auftretenden Energieverbrauch verbessert abbildet. Das Aufteilen in Routenabschnitte erfolgt in Abhängigkeit einer verfügbaren örtlichen Auflösung von Daten zu Windrichtungen und/oder Windgeschwindigkeiten. Hierdurch kann eine zum Berechnen erforderliche Rechenleistung minimiert bzw. im Hinblick auf eine vorhandene Auflösung optimiert werden. Je nach Auflösung zur Verfügung stehender bzw. von der Ermittlungseinrichtung beispielsweise bei einem Wetterdienst abgefragter Winddaten wird die geplante Fahrtroute dann in Routenabschnitte unterteilt, wobei jeder Routenabschnitt mit einem verfügbaren Wert für die Windrichtung und die Windgeschwindigkeit korrespondiert.
  • In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Berechnen auf Grundlage einer, insbesondere individuell, für das Kraftfahrzeug bereitgestellten Verbrauchstabelle erfolgt, wobei in der Verbrauchstabelle ein Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit zumindest einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Steigung hinterlegt ist. Die Verbrauchstabelle wird hierbei auf Grundlage von für verschiedene Kombinationen aus Steigung und Fahrzeuggeschwindigkeit gesammelten Verbrauchsdaten zusammengestellt. Für jeden Fahrzeugtyp muss hierbei auf Grund unterschiedlicher Eigenschaften der Kraftfahrzeuge (z.B. anderer cw-Wert, andere Motorisierung, andere Fahrzeugmasse etc.) eine eigene Verbrauchstabelle bereitgestellt werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass eine Verbrauchstabelle zusätzlich fahrerabhängig erstellt wird. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem die Verbrauchstabelle angelernt wird. Hierzu werden beispielsweise für kürzere Streckenabschnitte Verbrauchsdaten sowie eine Fahrzeuggeschwindigkeit und eine Steigung erfasst, über mehrere gleichartige Streckenabschnitte gemittelt und in der Verbrauchstabelle hinterlegt. Insbesondere unterschiedliche Fahrstile von Fahrern können hierdurch verbessert berücksichtigt werden.
  • In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Verbrauchstabelle nach Geschwindigkeitsklassen und/oder Steigungsklassen eingeteilt bzw. geordnet ist. Dies ermöglicht eine Mittelung über die Werte in der Verbrauchstabelle. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Energieverbrauch für Geschwindigkeitsklassen mit einer Klassenbreite von jeweils 10 oder 20 km/h in der Verbrauchstabelle hinterlegt ist. Steigungen und Gefälle können beispielsweise nach Klassen mit Klassenbreiten von jeweils einem Prozent Anstieg/Abstieg unterteilt sein.
  • In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Berechnen auf Grundlage mindestens einer effektiven Anströmgeschwindigkeit erfolgt, wobei die mindestens eine effektive Anströmgeschwindigkeit auf Grundlage der ermittelten mindestens einen Fahrzeuggeschwindigkeit, der ermittelten mindestens einen Fahrzeugrichtung, der ermittelten mindestens einen Windrichtung und der ermittelten mindestens einen Windgeschwindigkeit berechnet wird. Insbesondere erfolgt das Berechnen der effektiven Anströmgeschwindigkeit durch Vektoraddition. Hierzu werden die ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit, die ermittelte Fahrzeugrichtung, die ermittelte Windrichtung und die ermittelte Windgeschwindigkeit jeweils als Vektoren dargestellt. Aus der ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit und der ermittelten Fahrzeugrichtung wird hierbei zusammen ein Vektor gebildet. Ebenso wird zusammen ein Vektor aus der ermittelten Windrichtung und der ermittelten Windgeschwindigkeit gebildet. Ein auf diese Weise gebildeter Fahrzeuggeschwindigkeitsvektor und ein auf diese Weise gebildeter Windgeschwindigkeitsvektor werden anschließend im Rahmen einer Vektoraddition summiert. Durch Projektion des Summenvektors aus dem Fahrzeuggeschwindigkeitsvektor und dem Windgeschwindigkeitsvektor auf die Fahrzeugrichtung erhält man die effektive Anströmgeschwindigkeit. Durch Verwendung der effektiven Anströmgeschwindigkeit ist es möglich, eine vorhandene Verbrauchstabelle weiterhin näherungsweise benutzen zu können. Hierzu wird anstatt der Fahrzeuggeschwindigkeit die effektive Anströmgeschwindigkeit beim Ermitteln des Energieverbrauchs aus der Verbrauchstabelle verwendet.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Verbrauchstabelle für eine Verwendung mit der effektiven Anströmgeschwindigkeit angepasst wird, beispielsweise indem ein Verbrauch angepasst wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Verbrauch auf Grundlage der berechneten effektiven Anströmgeschwindigkeit angelernt wird, indem ein realer Verbrauch erfasst und/oder berechnet wird und anschließend mit den in der Verbrauchstabelle hinterlegten Werten abgeglichen, insbesondere fusioniert, wird.
  • In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die ermittelte mindestens eine Windgeschwindigkeit vor dem Berechnen auf Grundlage von lokalen Umfeldbedingungen angepasst wird. Hierdurch können beispielsweise von einem Wetterdienst bereitgestellte Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen an lokale Umfeldbedingungen angepasst werden. Eine lokale Umfeldbedingung kann beispielsweise eine im Umfeld des Kraftfahrzeugs auf der geplanten Fahrtroute angeordnete Vegetation und/oder Bebauung sein. Eine solche Vegetation kann beispielsweise ein Busch, eine Hecke oder ein Baum sein. Eine Bebauung kann beispielsweise eine Mauer, ein Haus oder ein Lärmschutz sein. Das Anpassen der ermittelten mindestens einen Windgeschwindigkeit erfolgt insbesondere durch Verringern der ermittelten mindestens einen Windgeschwindigkeit um einen bestimmten Faktor. Dieser Faktor kann beispielsweise auf Grundlage von Simulationen und/oder empirischen Versuchen ermittelt werden. Hierdurch kann die Tatsache berücksichtigt werden, dass von einem Wetterdienst bereitgestellte Windgeschwindigkeiten in der Regel nicht in Bodennähe (1 bis 2 Meter über dem Boden), sondern in größerer Höhe (ab 10 m) erfasst oder für dieses geschätzt wurden. Eine Bebauung und/oder eine Vegetation sorgen in der Regel jedoch dafür, dass Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen in Bodennähe verändert sind gegenüber größeren Höhen.
  • In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Verbrauchstabelle für das Kraftfahrzeug auf Grundlage von vorhandenen Verbrauchsdaten durch Extrapolation geschätzt wird. Eine solche Schätzung erfolgt beispielsweise für Kombinationen aus Fahrzeuggeschwindigkeiten und Steigungen, welche üblicherweise nicht anlernbare Randwertprobleme mit sich bringen (z.B. in Fällen, in denen eine effektive Anströmgeschwindigkeit größer als eine Maximalgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist).
  • In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf Grundlage des berechneten Energieverbrauchs eine Ladestopp-Planungsstrategie für eine Batterie des Kraftfahrzeugs ermittelt wird. Die Ladestopp-Planungsstrategie für die Batterie des Kraftfahrzeugs wird hierbei unter Berücksichtigung eines Ladezustand der Batterie und verfügbarer Ladestationen auf der Fahrtroute des Kraftfahrzeugs ermittelt. Ist beispielsweise aufgrund eines Gegenwindes ein Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs erhöht, so kann ein zusätzlicher Ladestopp vorgesehen sein. Das Ermitteln erfolgt insbesondere durch Abschätzen einer Reichweite auf Grundlage des berechneten Energieverbrauchs und des Ladezustands der Batterie.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Berechnen des Energieverbrauchs und/oder das Ausgeben des Verbrauchssignals unter Berücksichtigung eines Dämpfungsfaktors erfolgt. Ein solcher Dämpfungsfaktors verhindert eine sprunghafte Änderung des Energieverbrauchs. Einfach ausgedrückt ist oder wird der Dämpfungsfaktors derart gewählt, dass einem Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Änderung eines berechneten Energieverbrauchs zu jeder Zeit nachvollziehbar erscheint. Insbesondere soll vermieden werden, dass aufgrund einer kurzfristigen Erhöhung des Energieverbrauchs, beispielsweise weil routenabschnittsweise ein erhöhter Gegenwind auftritt, eine Ladestopp-Planungsstrategie sich sprunghaft ändert, obwohl sich eine Gesamtsituation - über die gesamte Fahrtroute betrachtet - nicht stark verändert hat. Der Dämpfungsfaktor ist beispielsweise als Filterkoeffizient ausgebildet, der angibt, wie stark ein zu einem früheren Zeitpunkt ermittelter Energieverbrauch beim Berechnen eines aktuellen Wertes für den Energieverbrauch berücksichtigt wird. Hierdurch kann eine sprunghafte Veränderung und eine Oszillation des Energieverbrauchs verhindert werden.
  • Merkmale zur Ausgestaltung der Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen des Verfahrens. Die Vorteile der Vorrichtung sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen des Verfahrens.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Berechnen eines Energieverbrauchs eines batteriegetriebenen Kraftfahrzeugs auf einer Fahrtroute;
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der vektoriellen Berechnung einer effektiven Anströmgeschwindigkeit;
    Fig. 3
    ein schematisches Ablaufdiagramm einer in einem Kraftfahrzeug umgesetzten Ausführungsform des Verfahrens zum Berechnen eines Energieverbrauchs des Kraftfahrzeugs auf einer Fahrtroute;
    Fig. 4
    ein schematisches Ablaufdiagramm einer in einem Smartphone oder einem Webportal umgesetzten Ausführungsform des Verfahrens zum Berechnen eines Energieverbrauchs eines Kraftfahrzeugs auf einer Fahrtroute.
  • In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Berechnen eines Energieverbrauchs 20 eines insbesondere batteriegetriebenen Kraftfahrzeugs 50 auf einer Fahrtroute gezeigt. Die Vorrichtung 1 ist beispielhaft in einem Kraftfahrzeug 50 ausgebildet.
  • Die Vorrichtung 1 umfasst eine Ermittlungseinrichtung 2, eine Berechnungseinrichtung 3 und eine Ausgabeeinrichtung 4. Teile der Vorrichtung 1, insbesondere die Ermittlungseinrichtung 2 und die Berechnungseinrichtung 3, aber auch die Ausgabeeinrichtung 4, können einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.
  • Eingangsseitig wird der Ermittlungseinrichtung 2 eine Fahrtroute 10 zugeführt. Die Fahrtroute 10 kann beispielsweise von einer Navigationseinrichtung bereitgestellt werden oder von einem Fahrer vorgegeben werden. Auf Grundlage der Fahrtroute 10 ermittelt die Ermittlungseinrichtung 2 Fahrzeuggeschwindigkeiten 11 auf der Fahrtroute 10, Fahrzeugrichtungen 12 auf der Fahrtroute oder den einzelnen Routensegmenten 10 sowie mindestens eine Windrichtung 13 und mindestens eine Windgeschwindigkeit 14 auf der Fahrtroute als Hauptwindrichtung oder als abschnittsweise ermittelte Windrichtung auf den Routensegmenten.
  • Die Fahrzeuggeschwindigkeiten 11 werden beispielsweise auf Grundlage einer von der Navigationseinrichtung bereitgestellten Straßenkarte 30 ermittelt, an der für einzelne Positionen oder Routenabschnitte der Fahrtroute 10 jeweils Maximalgeschwindigkeiten und/oder Durchschnittsgeschwindigkeiten hinterlegt sind, welche von der Ermittlungseinrichtung 2 abgefragt werden. Die Fahrzeugrichtung 12 kann ebenfalls auf Grundlage der bereitgestellten Straßenkarte 30 ermittelt werden, indem auf Grundlage der miteinander verknüpften Routenabschnitte, einer Startposition, einer Zielposition und einer Straßenführung für jede Position oder für jeweils einen der Routenabschnitte eine Fahrzeugrichtung bzw. -orientierung ermittelt bzw. abgefragt wird. Die Fahrzeuggeschwindigkeiten 11 und die Fahrzeugrichtungen 12 werden insbesondere paarweise, das heißt miteinander verknüpft, beispielsweise in Form eines jeweils aus der Fahrzeuggeschwindigkeit 11 und der Fahrzeugrichtung 12 gebildeten Vektors, ermittelt. Anschließend ist für jede Position auf der Fahrtroute 10 bzw. jeden Routenabschnitt bekannt, in welche (Fahrzeug-)Richtung das Kraftfahrzeug 50 mit welcher Fahrzeuggeschwindigkeit 11 fährt.
  • Die Windrichtungen 13 und die Windgeschwindigkeiten 14 können beispielsweise für einzelne Positionen auf der Fahrtroute oder für Routenabschnitte auf der Fahrtroute von einem Wetterdienst 31 abgefragt werden. Dies kann beispielsweise über eine entsprechend hierfür ausgebildete Kommunikationsschnittstelle (nicht gezeigt) erfolgen. Insbesondere kann die Ermittlungseinrichtung 2 auf Grundlage der Fahrtroute 10 bzw. zugehöriger Positionen bzw. Routenabschnitte bei dem Wetterdienst 31 die jeweiligen Windrichtungen 13 und die jeweiligen Windgeschwindigkeiten 14 für die Fahrtroute 10 bzw. die zugehörigen Positionen oder einzelnen Routenabschnitte abfragen. Die Windrichtungen 13 und die Windgeschwindigkeiten 14 werden jeweils insbesondere paarweise, das heißt miteinander verknüpft, beispielsweise in Form eines aus der Windrichtung 13 und der Windgeschwindigkeit 14 gebildeten Vektors, ermittelt.
  • Die Werte für die ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeiten 11, die ermittelten Fahrzeugrichtungen 12, die ermittelten Windrichtungen 13 und die ermittelten Windgeschwindigkeiten 14 werden positionsweise bzw. routenabschnittsweise der Berechnungseinrichtung 3 zugeführt.
  • Die Berechnungseinrichtung 3 berechnet einen Energieverbrauch 20 auf Grundlage der ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeiten 11, der ermittelten Fahrzeugrichtungen 12, der ermittelten Windrichtungen 13 und der ermittelten Windgeschwindigkeiten 14. Im einfachsten Fall wird diese Berechnung für die gesamte Fahrtroute 10 ein einziges Mal durchgeführt, wobei jeweils über die einzelnen Routensegmente der gesamten Fahrtroute 10 die jeweiligen Werte für die ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit 11, die ermittelte Fahrzeugrichtung 12, die ermittelte Windrichtung 13 und die ermittelte Windgeschwindigkeit 14 verwendet werden.
  • Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Berechnungseinrichtung 3 für jeden Routenabschnitt auf der Fahrtroute 10 einen Energieverbrauch abschnittsweise berechnet und die einzelnen Werte anschließend zu einem gesamten Energieverbrauch 20 aufsummiert.
  • Die Ausgabeeinrichtung 4 gibt den berechneten Energieverbrauch 20 als Verbrauchssignal 23 aus bzw. stellt dieses bereit. Das Verbrauchssignal 23 kann insbesondere in Form eines digitalen Datenpakets ausgegeben bzw. bereitgestellt werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Berechnen auf Grundlage einer für das Kraftfahrzeug 50 bereitgestellten Verbrauchstabelle 15 erfolgt, wobei in der Verbrauchstabelle 15 ein Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs 50 in Abhängigkeit zumindest einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Steigung hinterlegt ist.
  • Es kann weiterbildend vorgesehen sein, dass die Verbrauchstabelle 15 nach Geschwindigkeitsklassen und/oder Steigungsklassen eingeteilt bzw. geordnet ist.
  • Weiter kann vorgesehen sein, dass das Berechnen auf Grundlage einer effektiven Anströmgeschwindigkeit 40 erfolgt, wobei die effektive Anströmgeschwindigkeit 40 auf Grundlage der jeweils zugehörigen ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit 11, der ermittelten Fahrzeugrichtung 12, der ermittelten Windrichtung 13 und der ermittelten Windgeschwindigkeit 14, insbesondere durch Vektoraddition, berechnet wird. Dies kann insbesondere für jeden Routenabschnitt separat erfolgen. Eine schematische Darstellung zur vektoriellen Berechnung der effektiven Anströmgeschwindigkeit 40 ist in Fig. 2 dargestellt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine ermittelte Windgeschwindigkeit 14 vor dem Berechnen auf Grundlage von lokalen Umfeldbedingungen 17 angepasst wird. Die lokalen Umfeldbedingungen 17 können beispielsweise aus der Straßenkarte 30 abgefragt werden und z.B. eine Bebauung und/oder eine Vegetation umfassen. Auf Grundlage der lokalen Umfeldbedingungen 17 kann eine Windgeschwindigkeit 14 für bestimmte Positionen bzw. Routenabschnitte angepasst, insbesondere verringert werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Verbrauchstabelle 15 für das Kraftfahrzeug 50 auf Grundlage von vorhandenen Verbrauchsdaten durch Extrapolation geschätzt wird.
  • Weiter kann vorgesehen sein, dass auf Grundlage des berechneten Energieverbrauchs 20 eine Ladestopp-Planungsstrategie 21 für eine Batterie des Kraftfahrzeugs 50 ermittelt wird. Dies erfolgt insbesondere durch Abschätzen einer Reichweite des Kraftfahrzeugs auf Grundlage des geschätzten Energieverbrauchs 20 und eines aktuellen und/oder zukünftigen Ladezustands der Batterie des Kraftfahrzeugs 50 sowie einem anschließenden Abgleich mit Positionen auf der Fahrtroute, in deren Nähe eine Ladestation vorhanden ist. Je nach Vorgaben in Bezug auf eine Mindestladung der Batterie werden dann Ladestationen ausgewählt, die zum Laden der Batterie angefahren werden können. Auf Grundlage dieser Auswahl wird die Ladestopp-Planungsstrategie 21 zusammengestellt. Die Ladestopp-Planungsstrategie 21 kann beispielsweise von der Berechnungseinrichtung 3 zusammengestellt werden und von der Ausgabeeinrichtung 4 als Ladestrategiesignal 24 ausgegeben werden. Das Ladestrategiesignal 24 kann beispielsweise in Form eines digitalen Datenpakets ausgegeben werden, welches einzelne Positionen von Ladestationen umfasst, an denen auf der Fahrtroute 10 ein Ladestopp empfohlen wird.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Berechnen des Energieverbrauchs 20 und/oder das Ausgeben des Verbrauchssignals 23 unter Berücksichtigung eines Dämpfungsfaktors 18 erfolgt. Der Dämpfungsfaktor 18 ist beispielsweise als Filterkoeffizient ausgebildet, der angibt, wie stark ein zu einem früheren Zeitpunkt ermittelter Energieverbrauch 20 beim Berechnen eines aktuellen Wertes für den Energieverbrauch 20 berücksichtigt wird. Hierdurch kann eine sprunghafte Veränderung und eine Oszillation des Energieverbrauchs 20 bzw. des Energieverbrauchssignals 23 verhindert werden.
  • In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der vektoriellen Berechnung einer effektiven Anströmgeschwindigkeit 40 gezeigt. Es wird ein Kraftfahrzeug 50 betrachtet, welches sich zu einem bestimmten Zeitpunkt auf der Fahrtroute bei Gegenwind vorwärts bewegt. Es kann vorgesehen sein, dass dieser Zeitpunkt mit einer einzelnen Position auf der Fahrtroute korrespondiert. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass dieser Zeitpunkt ein gemittelter Zeitpunkt ist, der mit einer gemittelten Position für einen Routenabschnitt oder eine gesamte Fahrtroute verknüpft ist.
  • Es wird ein Fahrtwindgeschwindigkeitsvektor 41 betrachtet, der über eine ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit und eine ermittelte Fahrzeugrichtung, welche dem Fahrtwindgeschwindigkeitsvektor 41 entgegengerichtet ist, bestimmt wird, wobei die Richtung des Fahrtwindgeschwindigkeitsvektor 41 aus der ermittelten Fahrzeugrichtung und die Länge (ein Betrag), des Fahrtwindgeschwindigkeitsvektors 41 aus der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird.
  • Ferner wird ein Windgeschwindigkeitsvektor 42 betrachtet, der über eine ermittelte Windrichtung und eine ermittelte Windgeschwindigkeit bestimmt wird, wobei eine Richtung des Windgeschwindigkeitsvektors 42 aus der ermittelten Windrichtung und eine Länge (ein Betrag) des Windgeschwindigkeitsvektors 42 über die ermittelte Windgeschwindigkeit bestimmt wird.
  • Der bestimmte Fahrtwindgeschwindigkeitsvektor 41 und der bestimmte Windgeschwindigkeitsvektor 42 werden mittels Vektoraddition zu einem Gesamtwindgeschwindigkeitsvektor 43 summiert. Von dem Gesamtwindgeschwindigkeitsvektor 43 wird anschließend lediglich die Komponente betrachtet, welche parallel zur Fahrtrichtung verläuft. Der Betrag dieser Komponente bildet dann die effektive Anströmgeschwindigkeit 40.
  • Mathematisch ausgedrückt ergibt sich: Effektive Anströmgeschwindigkeit = Gesamtwindgeschwindigkeitsvektor * cos β ,
    Figure imgb0001
     wobei β der Winkel zwischen Gesamtgeschwindigkeitsvektor 43 und
    Fahrzeuggeschwindigkeitsvektor 41 ist.
  • In Fig. 3 ist ein schematisches Ablaufdiagramm einer in einem Kraftfahrzeug umgesetzten Ausführungsform des Verfahrens zum Berechnen eines Energieverbrauchs eines batteriegetriebenen Kraftfahrzeugs auf einer Fahrtroute gezeigt.
  • Die Vorrichtung 1 zum Ausführen des Verfahrens umfasst, in integrierter Form als Module 61, 62, 63 umgesetzt, eine Ermittlungseinrichtung 2, eine Berechnungseinrichtung 3 und eine Ausgabeeinrichtung 4. Die einzelnen Module 61, 62, 63 sind beispielsweise einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.
  • Eine Navigationseinrichtung 60 fragt in einem Verfahrensschritt 100 bei einem Verbrauchsmodul 61 einen Energieverbrauch und eine Reichweite ab. Das Verbrauchsmodul 61 fragt anschließend in einem Verfahrensschritt 101 bei einem Windmodul 62 einen Energieverbrauch unter Berücksichtigung mindestens einer ermittelten Windrichtung und mindestens einer ermittelten Windgeschwindigkeit ab.
  • Das Windmodul 62 ermittelt anschließend in einem Verfahrensschritt 102 eine oder mehrere Fahrzeuggeschwindigkeit(en) und eine oder mehrere Fahrzeugrichtung(en). Hierzu werden dem Windmodul 62 in dem Verfahrensschritt 102 von der Navigationseinrichtung 60 eine Menge an Positionen entlang der Fahrtroute sowie jeweils zugehörige Fahrzeuggeschwindigkeiten und Fahrzeugrichtungen bereitgestellt. Zum Ermitteln von Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen fragt das Windmodul 62 in einem Verfahrensschritt 103 diese für die jeweiligen Positionen bei einem Wettermodul 63 ab.
  • Das Wettermodul 63 fragt die Windgeschwindigkeiten und die Windrichtungen in einem Verfahrensschritt 104 bei einem Wetterdienst 31 ab. Das Wettermodul 63 stellt die für die einzelnen Positionen abgefragten und gegebenenfalls aufbereiteten Daten in einem Verfahrensschritt 105 dem Windmodul 62 bereit.
  • Das Windmodul 62 berechnet aus den für die jeweiligen Positionen auf der Fahrtroute ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeiten, den ermittelten Fahrzeugrichtungen, den ermittelten Windrichtungen und den ermittelten Windgeschwindigkeiten jeweils eine effektive Anströmgeschwindigkeit und übergibt diese in einem Verfahrensschritt 106 dem Verbrauchsmodul 61.
  • Das Verbrauchsmodul 61 berechnet auf Grundlage der effektiven Anströmgeschwindigkeiten einen Energieverbrauch sowie eine Reichweite auf Grundlage des berechneten Energieverbrauchs und eines Batterieladezustands einer Batterie des Kraftfahrzeugs. In einem Verfahrensschritt 107 wird der berechnete Energieverbrauch als Energieverbrauchssignal der Navigationseinrichtung 60 übergeben, welche auf Grundlage des Energieverbrauchs bzw. des Energieverbrauchssignals beispielsweise eine Ladestopp-Planungsstrategie für das batteriebetriebene Kraftfahrzeugs ermittelt und vorschlägt.
  • In Fig. 4 ist ein schematisches Ablaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Berechnen eines Energieverbrauchs eines batteriegetriebenen Kraftfahrzeugs auf einer Fahrtroute gezeigt.
  • Die Vorrichtung 1 zum Ausführen des Verfahrens umfasst, in integrierter Form als Module 62, 63, 64 umgesetzt, eine Ermittlungseinrichtung 2, eine Berechnungseinrichtung 3 und eine Ausgabeeinrichtung 4. Die einzelnen Module 62, 63, 64 sind beispielsweise einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird. Die Vorrichtung 1 ist beispielsweise als zentraler Server ausgebildet, der einen Reichweitenberechnungsservice bereitstellt.
  • Auf einem Smartphone oder Webportal 70 ist beispielsweise eine Routenplanungs-App installiert. Das Smartphone 70 bzw. die App übergibt in einem Verfahrensschritt 200 eine Fahrtroute an ein Verbrauchsservicemodul 64 und fragt einen Energieverbrauch und eine Reichweite beim Verbrauchsservicemodul 64 ab.
  • Zum Ermitteln fragt das Verbrauchsservicemodul 64 in einem Verfahrensschritt 201 bei einem Navigationsdienstleister 32 Daten zur Fahrtroute ab, insbesondere Fahrzeuggeschwindigkeiten, Steigungen und eine Fahrtdauer für einzelne Routenabschnitte der Fahrtroute. Diese Daten zur Fahrtroute werden an das Verbrauchsservicemodul 64 übergeben.
  • Das Verbrauchsservicemodul 64 fragt anschließend in einem Verfahrensschritt 202 bei einem Windmodul 62 einen Energieverbrauch unter Berücksichtigung mindestens einer ermittelten Windrichtung und mindestens einer ermittelten Windgeschwindigkeit ab. Hierzu werden dem Windmodul 62 die Fahrtroute und die Daten zur Fahrtroute übermittelt.
  • Zum Ermitteln werden mittels eines Wettermoduls 63, das als Schnittstelle zu einem Wetterdienst 31 dient, in einem Verfahrensschritt 203 bei dem Wetterdienst 31 Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen für die einzelnen Routenabschnitte auf der Fahrtroute abgefragt und dem Windmodul 62 bereitgestellt. Das Windmodul 62 berechnet auf Grundlage der für die einzelnen Routenabschnitte ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeiten, Fahrzeugrichtungen, Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten jeweils eine effektive Anströmgeschwindigkeit und übermittelt die effektiven Anströmgeschwindigkeiten in einem Verfahrensschritt 204 an das Verbrauchsservicemodul 64.
  • Das Verbrauchsservicemodul 64 berechnet auf Grundlage der effektiven Anströmgeschwindigkeiten einen Energieverbrauch des batteriebetriebenen Fahrzeugs auf der Fahrtroute und eine Reichweite des Kraftfahrzeugs. Zum Berechnen der Reichweite kann von dem Verbrauchsservicemodul 64 ein Batterieladezustand abgefragt werden, beispielsweise bei einer Batteriesteuerung des Kraftfahrzeugs.
  • Das Verbrauchsservicemodul 64 übermittelt den berechneten Energieverbrauch und die berechnete Reichweite für das batteriebetriebene Kraftfahrzeug in einem Verfahrensschritt 205 zurück an das Smartphone oder Webportal 70, wo der berechnete Energieverbrauch beispielsweise auf einer Anzeigeeinrichtung ausgegeben wird.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Ermittlungseinrichtung
    3
    Berechnungseinrichtung
    4
    Ausgabeeinrichtung
    10
    Fahrtroute
    11
    Fahrzeuggeschwindigkeit
    12
    Fahrzeugrichtung
    13
    Windrichtung
    14
    Windgeschwindigkeit
    15
    Verbrauchstabelle
    17
    lokale Umfeldbedingungen
    18
    Dämpfungsfaktor
    20
    Energieverbrauch
    21
    Ladestopp-Planungsstrategie
    23
    Verbrauchssignal
    24
    Ladestrategiesignal
    30
    Straßenkarte
    31
    Wetterdienst
    40
    effektive Anströmgeschwindigkeit
    41
    Fahrtwindgeschwindigkeitsvektor
    42
    Windgeschwindigkeitsvektor
    43
    Gesamtwindgeschwindigkeitsvektor
    50
    Kraftfahrzeug
    60
    Navigationseinrichtung
    61
    Verbrauchsmodulmodul
    62
    Windmodul
    63
    Wettermodul
    64
    Verbrauchsservicemodul
    70
    Smartphone oder Webportal

Claims (9)

  1. Verfahren zum Berechnen eines Energieverbrauchs (20) eines Kraftfahrzeugs (50) auf einer Fahrtroute (10), umfassend die Schritte:
    Ermitteln mindestens einer Fahrzeuggeschwindigkeit (11) auf der Fahrtroute (10),
    Ermitteln mindestens einer Fahrzeugrichtung (12) auf der Fahrtroute (10),
    Ermitteln mindestens einer Windrichtung (13) und mindestens einer Windgeschwindigkeit (14) auf der Fahrtroute (10) mittels einer Ermittlungseinrichtung (2),
    Berechnen eines Energieverbrauchs (20) auf Grundlage der ermittelten mindestens einen Fahrzeuggeschwindigkeit (11), der ermittelten mindestens einen Fahrzeugrichtung (12),
    der ermittelten mindestens einen Windrichtung (13) und der ermittelten mindestens einen Windgeschwindigkeit (14) mittels einer Berechnungseinrichtung (3),
    Ausgegeben oder Bereitstellen des berechneten Energieverbrauchs (20) als Verbrauchssignal (23) mittels einer Ausgabeeinrichtung (4),
    wobei die mindestens eine Fahrzeuggeschwindigkeit (11) und/oder die mindestens eine Fahrzeugrichtung (12) und/oder die mindestens eine Windrichtung (13) und/oder die mindestens eine Windgeschwindigkeit (14) für einzelne Routenabschnitte der Fahrtroute (10) separat ermittelt und berücksichtigt werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Aufteilen in Routenabschnitte in Abhängigkeit einer verfügbaren örtlichen Auflösung von Daten zu Windrichtungen (13) und/oder Windgeschwindigkeiten (14) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen auf Grundlage einer für das Kraftfahrzeug (50) bereitgestellten Verbrauchstabelle (15) erfolgt, wobei in der Verbrauchstabelle (15) ein Energieverbrauch (20) des Kraftfahrzeugs (50) in Abhängigkeit zumindest einer Fahrzeuggeschwindigkeit (11) und einer Steigung hinterlegt ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrauchstabelle (15) nach Geschwindigkeitsklassen und/oder Steigungsklassen eingeteilt bzw. geordnet ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Verbrauchstabelle (15) für das Kraftfahrzeug (50) auf Grundlage von vorhandenen Verbrauchsdaten durch Extrapolation geschätzt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen auf Grundlage mindestens einer effektiven Anströmgeschwindigkeit (40) erfolgt, wobei die mindestens eine effektive Anströmgeschwindigkeit (40) auf Grundlage der mindestens einen ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit (11), der mindestens einen ermittelten Fahrzeugrichtung (12), der ermittelten mindestens einen Windrichtung (13) und der ermittelten mindestens einen Windgeschwindigkeit (14) berechnet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte mindestens eine Windgeschwindigkeit (14) vor dem Berechnen auf Grundlage von lokalen Umfeldbedingungen (17) angepasst wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grundlage des berechneten Energieverbrauchs (20) eine Ladestopp-Planungsstrategie (21) für eine Batterie des Kraftfahrzeugs (50) mittels der Berechnungseinrichtung (3) ermittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des Energieverbrauchs (20) und/oder das Ausgeben des Verbrauchssignals (23) unter Berücksichtigung eines Dämpfungsfaktors (18) erfolgt, um eine sprunghafte Änderung des Energieverbrauchs (20) zu verhindern.
  9. Vorrichtung (1) zum Berechnen eines Energieverbrauchs (20) eines Kraftfahrzeugs (50) auf einer Fahrtroute (10), umfassend:
    eine Ermittlungseinrichtung (2), wobei die Ermittlungseinrichtung (2) derart ausgebildet ist,
    mindestens eine Fahrzeuggeschwindigkeit (11) auf der Fahrtroute (10) zu ermitteln,
    mindestens eine Fahrzeugrichtung (12) auf der Fahrtroute (10) zu ermitteln sowie mindestens eine Windrichtung (13) und eine mindestens Windgeschwindigkeit (14) auf der Fahrtroute (10) zu ermitteln;
    eine Berechnungseinrichtung (3), wobei die Berechnungseinrichtung (3) derart ausgebildet ist, einen Energieverbrauch (20) auf Grundlage der ermittelten mindestens einen Fahrzeuggeschwindigkeit (14), der ermittelten mindestens einen Fahrzeugrichtung (12), der ermittelten mindestens einen Windrichtung (13) und der ermittelten mindestens einen Windgeschwindigkeit (14) zu berechnen; und
    eine Ausgabeeinrichtung (4), wobei die Ausgabeeinrichtung (4) derart ausgebildet ist, den berechneten Energieverbrauch (20) als Verbrauchssignal (23) bereitzustellen oder auszugeben,
    wobei die Ermittlungseinrichtung (2) derart ausgebildet ist, die mindestens eine Fahrzeuggeschwindigkeit (11) und/oder die mindestens eine Fahrzeugrichtung (12) und/oder die mindestens eine Windrichtung (13) und/oder die mindestens eine Windgeschwindigkeit (14) für einzelne Routenabschnitte der Fahrtroute (10) separat zu ermitteln und zu berücksichtigen, und
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Aufteilen in Routenabschnitte in Abhängigkeit einer verfügbaren örtlichen Auflösung von Daten zu Windrichtungen (13) und/oder Windgeschwindigkeiten (14) erfolgt.
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